توسعه فیلترهای نوین برای کاهش هزینه‌ها و تأثیرات زیست‌محیطی توسط زکری اسمیت
راهنماتو – زکری اسمیت، مهندس شیمی و استاد دانشگاه MIT، در تلاش است تا با توسعه مواد جدید برای جداسازی اجزای مختلف مخلوط‌ها، هزینه‌ها و اثرات زیست‌محیطی فرآیندهای صنعتی را کاهش دهد.
به گزارش راهنماتو، این تحقیق دانشگاه MIT به ویژه در زمینه جداسازی گازها، مایعات و یون‌ها از طریق فیلترهای خاص که در دمای اتاق کار می‌کنند، انجام می‌شود. هدف اسمیت جایگزینی روش‌های سنتی جداسازی که به گرما و انرژی زیادی نیاز دارند، با فیلترهایی است که کارآیی بالایی دارند و می‌توانند بدون نیاز به دماهای بالا، گازها و مایعات را از یکدیگر جدا کنند.
تأثیر فرآیند های حرارتی در مصرف انرژی
در فرآیندهای صنعتی کنونی، برای جداسازی گازها، مایعات یا یون‌ها معمولاً از گرما استفاده می‌شود و این فرآیندها حدود 10 درصد از مصرف انرژی در ایالات متحده را به خود اختصاص می‌دهند. زکری اسمیت در این باره می‌گوید: “ما مواد را که دارای توانایی‌های منحصر به فرد برای جداسازی مولکول‌ها و یون‌ها با دقت هستند، گرفته و آن‌ها را در کاربردهایی به کار می‌بریم که فرآیندهای فعلی در آن‌ها کارآمد نیستند و دارای ردپای کربن عظیمی هستند.”
طراحی غشاهای فیلتر با منافذ ریز
اسمیت در آزمایشگاه خود در MIT در حال طراحی غشاهایی با منافذ ریز است که می‌توانند مولکول‌های کوچک را بر اساس اندازه آن‌ها فیلتر کنند. این غشاها می‌توانند برای تصفیه بیوگاز، جذب دی‌اکسیدکربن از آلاینده‌های نیروگاه‌ها یا تولید سوخت هیدروژن مفید باشند. هدف این است که فرآیندهای صنعتی که از حرارت برای جداسازی استفاده می‌کنند، با استفاده از این فیلترها که انرژی بسیار کمتری مصرف می‌کنند، جایگزین شوند.
اسمیت در این زمینه می‌گوید:
“ما در حال استفاده از مواد با ویژگی‌های خاص برای جداسازی مولکول‌ها و یون‌ها با دقت بالا هستیم و در حال توسعه کاربردهایی برای آن‌ها هستیم که دارای ردپای کربن زیادی هستند. این تحقیق می‌تواند تأثیر بزرگی در کاهش مصرف انرژی و کاهش اثرات زیست‌محیطی داشته باشد.”
گام های عملی برای تجاری سازی تحقیقات
اسمیت و گروهی از دانش‌آموختگان خود شرکتی به نام Osmoses تأسیس کرده‌اند که در حال توسعه این مواد برای استفاده در مقیاس صنعتی است. با حذف نیاز به دماهای بالا در فرآیندهای صنعتی، این تحقیقات می‌توانند مصرف انرژی را تا 90 درصد کاهش دهند. اسمیت همچنین به این موضوع اشاره می‌کند که:
“دوست دارم دنیایی را ببینم که در آن جداسازی‌های حرارتی حذف شده باشد و دیگر گرما مشکلی در تولید چیزهایی که نیاز داریم و تولید انرژی نخواهد بود.”
توسعه غشاهای جدید با استفاده از پلیمرها
اسمیت و همکارانش اخیراً به توسعه غشاهای جدیدی پرداخته‌اند که از پلیمرهای نردبانی به عنوان ماده اصلی برای جداسازی گازها استفاده می‌کنند. این پلیمرها که به دلیل ساختار خاص خود به “پلیمرهای نردبانی” معروف هستند، به غشاها این امکان را می‌دهند که هم از نظر نفوذپذیری و هم انتخاب‌پذیری، عملکرد بسیار بهتری از مواد قبلی داشته باشند. این پیشرفت می‌تواند باعث کاهش استفاده از تکنیک‌های پرهزینه و پرانرژی در جداسازی گازها شود.
اسمیت درباره این تحقیق می‌گوید:
“استفاده از پلیمرهای نردبانی این امکان را به ما می‌دهد که غشاهایی با نفوذپذیری بالا و انتخاب‌پذیری دقیق تولید کنیم. این پیشرفت می‌تواند فرآیندهای صنعتی را با استفاده از دستگاه‌های مینیاتوری حل کند و به ما این امکان را بدهد که به طور گسترده در صنایع مختلف از این فناوری استفاده کنیم.”
چشم انداز جهانی
اسمیت در MIT در حال حل مشکلات جهانی از جمله تصفیه آب، بازیابی عناصر حیاتی، انرژی‌های تجدیدپذیر، توسعه باتری‌ها و ذخیره‌سازی کربن است. او امیدوار است که این تحقیقات بتوانند به حل مشکلات جهانی کمک کنند و در کاهش ردپای کربن و مصرف انرژی تأثیر زیادی داشته باشند.
اسمیت می‌گوید:
“MIT به من این امکان را داده است که با همکاری با افرادی با استعداد و دیدگاه‌های خلاقانه، به حل مشکلات جهانی بپردازم. برای من هیجان‌انگیز است که بخشی از تیمی باشم که در حال کشف راه‌حل‌های نوآورانه است.”
